基于單片機的水位控制系統設計分析

摘 要：社會和現代科學技術的不斷發展推動了信息技術的迅速發展，電力系統正逐漸地走向自動化。在現代社會中，隨著微電子工業的快速發展，單片機控制的智能型控制器由于傳統的水位控制，在生產中一直居于優勢地位，但隨著生產線的更新，要求水位控制系統不僅具備準確、穩定、直觀等特點，而且還要求在生產設備的成本低的同時，水位控制系統是自動化程度和性價比高的系統。單片機控制系統以其方便控制、設置操作直接簡單、成本低、性能穩定等特點被應用到水位系統的控制中，并廣泛應用于電子產品中。文章通過對單片機性能的分析，著重探討單片機的水位控制系統，以期利用單片機的通用性與靈活性來完善水位的控制系統，促進我國自動化產業的發展。目前單片機在水位控制系統中的應用還處于發展階段，對它的研究具有十分重要的意義，符合可持續發展的要求，是我們不斷追求的目標和方向。

關鍵詞：單片機；水位控制；系統；水塔供水

單片機就是單片微型計算機，是一種微型的控制器，它有著定時、計數以及多種接口等特點。在現代經濟建設中，它被廣泛的運用到多個領域，是多種工程不可缺少的一部分，發揮著獨特的作用。單片機水位控制系統中集合了機械原理、電氣控制以及微處理器的技術等多個學科的知識與技術，其中也蘊含了單片機的應用。社會和現代科學技術的不斷發展推動了水位控制技術的迅速發展，控制系統正逐漸地走向自動化。單片機在水位控制系統中應用得越來越廣泛，作為新技術領域發展突破的重要部分，單片機在水位控制系統中的應用顯得尤為重要。這一技術的發展不僅為城市居民提供更加良好的環境和發展空間，而且讓水位設備變得更加安全可靠，在很大程度上提高工作效率，降低能耗，極大地減少成本，使企業獲得最大的經濟收益。

1 單片機基本情況概述

單片機是集成電路芯片的一種，其微處理器中的超大規模技術能夠有效地處理數據，如算術運算，邏輯運算、數據傳送、中斷處理等等。它的組成模塊主要有中央處理器，只讀程序存儲器以及隨機存取數據的存儲器，定時計數器等等，各個模塊相互關聯，共同構成一個微型的計算機處理系統。在事先設定好的程序下，能夠準確、迅速、高效地完成程序設計者事先規定的任務，給于用戶以完美的體驗。單片機與微型計算機有著很多的共同之處，但是也有著本質的區別。單片機是用特定的芯片來設計應用程序的，通過芯片的指令系統以及集成電路來傳導程序，從而使得芯片具備特定的功能。

單片機的硬件特征與軟件特征是與其自身的規格與特性息息相關的，不同類型的單片機有著不同的技術特征。比如在電梯中應用的單片機都有著完善的指令系統以及感應系統，對于電梯的安全性提供了很好的保障。在生產不同使用性質的電梯時，就需要合理的選用相關類型的單片機，前提就是要掌握單片機的結構以及技術特征。

2 幾種水位控制系統分析

水塔供水的主要目的是控制塔內水位應始終保持在一個安全、穩定的范圍內，避免發生“空塔”、“溢塔”的不好現象。目前，控制水塔水位方法較多，比如自動運行方式控制、PLC水塔水位控制、邏輯電路控制、機械控制等。而應用較多的主要有以下三種方式。

2.1 機械式控制

其常用形式有浮標式、電極式等，機械式控制形式的優點是結構簡單、容易操作、成本低廉。當然也有一定的缺陷，缺點是精度較低、無法顯示水位數值、容易操作失誤，且無法與計算機進行直接通信，只能單獨進行控制。

2.2 控制器控制

控制器控制方式是通過安裝在水泵出口管道上的壓力傳感器，把出口壓力變成標準工業電信號的模擬信號，經過前置放大、多路切換等層層轉換，最后通過控制其輸出電壓變化，來調節電機轉速，以達到控制水塔水位的目的。

2.3 水位變化的上下限控制

這種控制方式是通過在水塔的三根高度不同的固定不動的金屬棒來感知水位的變化情況。最終形成的方案是，以單片機為核心來進行總體控制，設計一個系統來實時監控供水箱的水位變動。若水塔水位在上、下限之間的正常水位之間時，水泵就保持原始狀態；若水塔水位到達至上限水位時，則關閉水泵；若水塔中水位下降至所設定的下限水位時，就啟動水泵；一旦供水系統發生故障時，系統就會自動報警；當供水系統故障解除后，水泵就恢復正常工作。

3 單片機的水位控制系統分析

水塔水位控制系統主要由CPU、復位電路、報警接口電路、存儲器擴展接口電路、水位檢測接口電路、時鐘振蕩等部分組成。水位控制系統中常用的是由單片機水位控制，其優勢是可以實現自動運行，保持水塔內水位穩定，以保證連續正常地供水。實際供水過程中，應采用電壓控制水位以確保水位在一個安全、允許的范圍內浮動。通常的步驟是通過實時檢測電壓，測量水位變化，然后通過控制電動機，保證水位在正常范圍內。另外，水位控制在高層小區水塔水位控制，污水處理設備和有毒，腐蝕性液體液位控制中也被廣泛應用。通過對模型的設計可很好的延伸到具體應用案例中。

單片機水位控制系統的最大優勢就是能夠直觀地顯示水塔內水位高度，并且可以任意控制水位高度。

工作流程及原理如下：當水塔內的水位發生變化時，隨之就會使連接在水箱底部的軟管管內的水壓發生變動，當水壓傳感器接收到軟管內的水氣壓信號后，就會把變化量轉化成電壓信號；電壓信號經過放大運算的放大電路放大后就變成以0-5V為變化幅度的標準信號，再送入A/D轉換器，由A/D轉換器把模擬信號變成數字信號量，最后由單片機對實時數據進行采集和進行處理，并根據規定所設定的植數要求來控制輸出，同時通過數碼管顯示出液位高度。通過鍵盤設置液位高低、限定值、強制報警器等。總體來說，單片機水位控制系統的基本原理是：由單片機實現的水位控制器，由電源、A/D轉換、鍵盤、數碼顯示器、傳感器和控制部分等組成。

4 結束語

在科技高速發展的基礎上，水位控制系統的技術水平也在不斷的提升，單片機在水位控制系統的應用中，不僅僅能夠提升生產效率，更保障了水塔水位的安全性。而且，在水塔水位的控制系統中全面引入單片機，是控制技術的一次革命，是一座重要的里程碑，有助于提高用戶體驗度，為企業節約成本。在未來經濟的不斷發展過程中，單片機水位的控制系統也將有著更加廣泛的應用空間和發展空間。可以這樣說，先進的水位控制系統正是推動國家水能正常發展、合理利用的有效武器，未來全球發展的趨勢是誰率先掌握節能的高新技術產業的主導權，誰將主導未來的全球經濟。

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